KAJIAN SEBARAN SUHU PADA CAKRAM REM MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK
ELEMEN HINGGA BERBASIS SUMBER TERBUKA
SKRIPSI
Skripsi yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ILHAM JAUHARI NIM. 050401061
DEPARTEMEN TEKNIK FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2010
KATA PENGANTAR
Allah, tidak ada Tuhan (yang berhak disembah) melainkan Dia Yang Hidup kekal, lagi terus-menerus mengurus (makhluk-Nya), tidak mengantuk dan tidak tidur. Kepunyaan-Nya apa yang di langit dan di bumi. Tiada yang dapat memberi syafaat di sisi Allah tanpa seijin-Nya? Allah mengetahui apa yang dihadapan mereka dan di belakang mereka, dan mereka tidak mengetahui apa-apa dari ilmu Allah melainkan apa-apa yang dikehendaki-Nya. Kursi Allah meliputi langit dan bumi dan Allah tidak merasa berat memelihara keduanya, dan Allah Maha Tinggi lagi Maha Besar. (Al-Baqarah:255)
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini merupakan persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul “Kajian Sebaran Suhu Pada Cakram Rem Menggunakan Perangkat Lunak Elemen Hingga Berbasis Sumber Terbuka”.
Penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan serta ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ayahanda Alm. H. Tukino dan Ibunda tercinta Sumiati. S yang telah memberikan dukungan moril dan materil serta do’anya demi kesuksesan penulis. Juga seluruh keluarga penulis; abanganda Surya Edy Syahputra, Syafriza Ery Kurniawan, Irwan Sastra Gunwan dan adinda Ade Irham Fauza Febriansyah serta Syafrina Wahyu Syahputri. Serta seluruh keluarga yang mewarnai dan menjadi semangat hidup bagi penulis.
2. Bapak Prof.Dr.Ir.Armansyah Ginting, M.Eng selaku Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini. 3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin
Sitorus, ST.MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin. Bapak Ir.Tugiman,MT selaku koordinator skripsi.
4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik. 5. Teman-teman Ahmad Balko ITM Siregar, Gunawan, Epi Susianti, Raja
Naposo Harahap, Imbarko, dan untuk stambuk 2005, salam solidarity. Akhir kata penulis ucapkan semoga Skripsi ini bermanfaat.
Medan, Juni 2010 Ilham Jauhari NIM.05 0401 061
ABSTRAK
Cakram rem merupakan salah satu komponen utama rem cakram yang terdapat pada otomotif roda 4 (empat) jenis minibus, fungsinya memperlambat bahkan menghentikan laju kendaraan. Tinginya temperatur cakram rem saat pengereman perlu dilakukan kajian sebaran suhu cakram rem guna mengetahui sebaran suhu yang terjadi untuk menghindari kerusakan dini komponen rem. Tujuan kajian ini untuk mendapatkan hasil simulasi sebaran suhu saat pengereman. Kajian ini dilakukan beberapa tahap pengerjaan yaitu: merujuk suatu kasus suhu cakram rem, pemodelan 2 (dua) jenis cakram rem berbeda yaitu dengan dan tanpa ventilasi dan mensimulasikannya menggunakan perangkat lunak sumber terbuka Salome Meca 4.1.4 dan hasilnya dibandingkan dengan perangkat lunak komersial MSC.NASTRAN. Hasil simulasi menggunakan perangkat lunak sumber terbuka Salome Meca 4.1.4 didapatkan berupa sebaran suhu sebesar 288°C pada kedua jenis cakram rem, tetapi memiliki sebaran suhu dengan graduasi warna berbeda, dan terlihat pada cakram rem dengan ventilasi memiliki sebaran suhu lebih kecil, sedangkan hasil simulasi menggunakan perangkat lunak komersial MSC.NASTRAN sebesar 288,461°C. Kesimpulan kajian ini adalah perangkat lunak Salome Meca 4.1.4 dapat berjalan dengan baik pada sistem operasi CAELinux 2009 pada Distro Ubuntu 8.04 berlisensi sumber terbuka dapat digunakan sebagai perangkat lunak pendukung analisis metode elemen hingga yang mampu bersaing (reliable) dengan perangkat lunak komersial MSC.NASTRAN.
Kata kunci : cakram rem, suhu, simulasi, Salome Meca 4.1.4, MSC.NASTRAN.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... v
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR NOTASI... viii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 4 1.3 Tujuan Penelitian ... 5 1.4 Manfaat ... 5 1.5 Sistematika Penulisan ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA` 2.1 FEA (Finite Element Analisys) Software Yang Berbayar ... 7
2.1.1 Perangkat Lunak Metode Elemen Hingga MSC.NASTRAN ... 7
2.1.2 Studi Kasus Menggunakan MSC. NASTRAN ... 8
2.2 Sumber Terbuka (Open Source) ... 9
2.2.1 Apa Itu Open Source? ... 9
2.2.2 Sejarah Singkat Open Source ... 11
2.2.3 Linux ... 13
2.2.4 CAELinux 2009 ... 13
2.3 Salome Meca 4.1.4 ... 16
2.3.1 Salome ... 16
2.3.2 Code_Aster ... 18
2.4 Metode Elemen Hingga... 21
2.4.1 Prosedur Metode Elemen Hingga... 21
2.4.2 Matriks Kekakuan Elemen Hingga ... 22
2.4.3 Tipe-Tipe Elemen Dalam Metode Elemen Hingga ... 22
2.4.4 Penerapan Metode Elemen Hingga Pada Perpindahan Panas ... 24
2.4.5 Elemen Triangular Linier ... 26
2.4.6 Elemen Tetrahedral ... 31
2.5 Cakram Rem ... 33
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Instalasi Sistem Operasi CAELinux 2009 ... 37
3.2 Prosedur Simulasi ... 40
3.2.1 Pre-Processing (Geometri dan Meshing) ... 42
3.2.2 Analisa ... 49
3.3 Diagram Alir Simulasi ... 50
3.4 Diagram Alir Penelitian ... 52
BAB IV HASIL DAN DISKUSI
4.1 Simulasi Menggunakan Perangkat Lunak Salome Meca 4.1.4 56
4.1.1 Simulasi Cakram rem Tanpa Ventilasi... 56
4.1.2 Simulasi Cakram rem Dengan Ventilasi ... 58
4.2 Perbandingan Simulasi Salome Meca 4.1.4 Dengan
MSC. NASTRAN ... 59
4.2.1 Proses Simulasi Cakram Rem Tanpa Ventilasi Dengan
Perangkat Lunak MSC. NASTRAN ... 59
4.2.2 Proses Simulasi Cakram Rem Dengan Ventilasi Dengan
Perangkat Lunak MSC. NASTRAN ... 65
4.2.3 Proses Simulasi Dengan Salome Meca 4.1.4 ... 65
4.2.4 Perbandingan Hasil Simulasi Cakram rem
Tanpa Ventilasi ... 65
4.2.5 Perbandingan Hasil Simulasi Cakram rem
Dengan Ventilasi ... 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan... 68
5.2 Saran ... 69
DAFTAR PUSTAKA ... ix
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Hasil simulasi distribusi temperatur pada disk brake tanpa
ventilasi ... 8
Gambar 2.2 Hasil simulasi distribusi temperatur pada disk brake dengan ventilasi ... 9
Gambar 2.3 Geometri disk brake ... 17
Gambar 2.4 Hasil meshing cakram rem ... 17
Gambar 2.5 Modul post–processing pada Salome ... 18
Gambar 2.6 Skema penyelesaian dengan Salome Meca 4.1.4 ... 20
Gambar 2.7 Elemen 1 dimensi ... 23
Gambar 2.8 Elemen 2 dimensi ... 23
Gambar 2.9 Elemen 3 dimensi ... 24
Gambar 2.10 Suhu T adalah di dalam elemen suhu dengan tiga simpul ... 25
Gambar 2.11 Elemen triangular (segitiga) tiga node ... 27
Gambar 2.12 Elemen tetrahedron (segitiga) tiga dimensi empat node ... 31
Gambar 2.13 Suhu Keadaan Panas ... 34
Gambar 2.14. Permukaan Disk Brake Simulasi ... 34
Gambar 2.15 Sebaran Tekanan Dinamik Pada Kelajuan v = 110 dan Tekanan P = 4 MPa. ... 35
Gambar 2.16 Sepatu Rem ... 36
Gambar 3.1 Tampilan pertama saat penginstalan pada DVD Live Ubuntu ... 37
Gambar 3.2 Pemilihan bahasa yang yang digunakan untuk pengguna.... 37
Gambar 3.3 Pemilihan Negara untuk pengguna ... 38
Gambar 3.4 Tampilan pilihan keyboard yang ingin digunakan ... 38
Gambar 3.5 Memilih hasdisk yang akan digunakan ... 39
Gambar 3.6 Pembagian hardisk yang akan digunakan ... 39
Gambar 3.7 Data diri yang harus diisi pengguna ... 39
Gambar 3.8 Sistem operasi siap diinstall ... 40
Gambar 3.9 Proses penginstallan ... 40
Gambar 3.10 Proses penginstallan telah selesai ... 41
Gambar 3.11 Membuka aplikasi salome meca dengan ikon ... 41
Gambar 3.12 Membuka aplikasi salome meca dengan terminal ... 42
Gambar 3.13 Membuka aplikasi modul geometri pada salome meca ... 42
Gambar 3.14 Sket disk brake ... 43
Gambar 3.15 Sket yang telah dijadikan permukaan ... 43
Gambar 3.16 “Face” yang telah diberi vector ... 44
Gambar 3.17 Hasil revolution ... 44
Gambar 3.18 Objek solid yang digunnakan untuk meng – cut revolution 45
Gambar 3.19 Hasil cut yang telah dilakukan ... 45
Gambar 3.20 Sebuah silinder yang telah dibuat ... 46
Gambar 3.21 Silinder yang telah di – multi rotation ... 46
Gambar 3.22 Finishing geometri disk brake 3D ... 47
Gambar 3.23 Mesh module ... 47
Gambar 3.24 Create mesh ... 48
Gambar 3.25 Proses meshing ... 48
Gambar 3.26 Hasil meshing yang dilakukan... 49
Gambar 3.27 Mesh module ... 49
Gambar 3.28 Solving ... 50
Gambar 3.29 Diagram Alir Simulasi Salome Meca 4.1.4 ... 51
Gambar 3.30 Diagram Alir Penelitian ... 53
Gambar 4.1 Hasil simulasi disk brake tanpa vetilasi menggunakan Salome Meca 4.1.4 ... 56
Gambar 4.2 Hasil clipping terhadap sumbu X//Y ... 57
Gambar 4.3 Cut plane hasil simulasi ... 57
Gambar 4.4 Hasil simulasi disk brake tanpa vetilasi menggunakan Salome Meca 4.1.4 ... 58
Gambar 4.5 Hasil clipping terhadap sumbu X//Y ... 58
Gambar 4.6 Cut plane hasil simulasi ... 59
Gambar 4.7 Import geometri yang akan di analisa ... 59
Gambar 4.8 Geometri Scale Factor untuk menampilkan geometri ... 60
Gambar 4.9 Konfirmasi Geometri Scale Factor ... 60
Gambar 4.10 Konfirmasi Geometri Scale Factor ... 60
Gambar 4.11 Draw workplane ... 61
Gambar 4.12 Draw workplane ... 61
Gambar 4.13 Pandangan isometric ... 61
Gambar 4.14 Setting parameter meshing ... 61
Gambar 4.15 Input material properties ... 62
Gambar 4.16 Input geometri disk brake ... 62
Gambar 4.17 Disk brake yang telah di Mesh ... 62
Gambar 4.18 Input beban thermal ... 63
Gambar 4.19 Input beban thermal ... 63
Gambar 4.20 Input temperatur pada surface ... 63
Gambar 4.21 Input beban thermal ... 64
Gambar 4.22 Input beban thermal ... 64
Gambar 4.23 Dialog konfirmasi analisa solving ... 64
Gambar 4.24 Pengaturan tampilan post–processing MSC. NASTRAN ... 65
Gambar 4.25 Hasil simulasi cakram rem tanpa ventilasi menggunakan perangkat lunak Salome Meca 4.1.4 berbasis open source . 66
Gambar 4.26 Hasil simulasi cakram rem tanpa ventilasi menggunakan perangkat lunak MSC. NASTRAN ... 66
Gambar 4.27 Hasil simulasi cakram rem dengan ventilasi menggunakan perangkat lunak Salome Meca 4.1.4 berbasis open source . 67 Gambar 4.28 Hasil simulasi cakram rem dengan ventilasi menggunakan perangkat lunak MSC. NASTRAN ... 67
DAFTAR NOTASI
σ = tegangan normal (N/m2)
F = gaya yang bekerja tegak lurus terhadap potongan (N)
u(x) = fungsi peralihan elemen
{ } = vektor kolom
[k] = matriks kekakuan elemen
{σ} = vektor tegangan
τ = tegangan geser (N/m2)
V = komponen gaya yang sejajar dengan bidang elementer (N)
A = luas bidang (m2)
σx = tegangan normal yang bekerja pada bidang x (N/m2)
σy = tegangan normal yang bekerja pada bidang y (N/m2)
σz = tegangan normal yang bekerja pada bidang z (N/m2)
τxy = tegangan geser yang bekerja pada bidang normal x dalam arah y (N/m2)
τxz = tegangan geser yang bekerja pada bidang normal x dalam arah z (N/m2)
τyz = tegangan geser yang bekerja pada bidang normal y dalam arah z (N/m2)
E = modulus Young (Mpa)
{ε} = matriks kolom regangan
[d] = matriks operator dengan peralihan
{u} = matriks kolom peralihan
δ = pertambahan panjang total (mm)
L = panjang mula-mula (m)
